第三種電気主任技術者試験過去問 電力科目 令和2年度
オプション
問題文正答率:50.00%
問1 ダム水路式発電所における水撃作用とサージタンクに関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
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問題文正答率:50.00%
問2 次の文章は,汽力発電所の復水器の機能に関する記述である。
汽力発電所の復水器は蒸気タービン内で仕事を取り出した後の (ア) 蒸気を冷却して凝縮させる装置である。復水器内部の真空度を (イ) 保持してタービンの (ア) 圧力を (ウ) させることにより, (エ) の向上を図ることができる。なお,復水器によるエネルギー損失は熱サイクルの中で最も (オ) 。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
汽力発電所の復水器は蒸気タービン内で仕事を取り出した後の 排気 蒸気を冷却して凝縮させる装置である。復水器内部の真空度を 高く 保持してタービンの 排気 圧力を 低下 させることにより, 熱効率 の向上を図ることができる。なお,復水器によるエネルギー損失は熱サイクルの中で最も 大きい 。
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問題文正答率:50.00%
問3 次のa )〜e )の文章は,汽力発電所の保護装置に関する記述である。
これらの文章の内容について,適切なものと不適切なものの組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
a) 蒸気タービンの回転速度が定格を超える一定値以上に上昇すると,自動的に蒸気止弁を閉じて,タービンを停止する非常調速機が設置されている。
b) ボイラ水の循環が円滑に行われないとき,水管の焼損事故を防止するため,燃料を遮断してバーナを消火させる燃料遮断装置が設置されている。
c) 負荷の緊急遮断等によって,ボイラ内の蒸気圧力が一定限度を超えたとき,蒸気を放出させて機器の破損を防ぐため,蒸気加減弁が設置されている。
d) 蒸気タービンの軸受油圧が異常低下したとき,タービンを停止させるトリップ装置が設置されている。
e) 発電機固定子巻線の内部短絡を検出•保護するために,比率差動継電器が設 置されている。
解説・コメント
(a)適切。
(b)適切。
(c)不適切。負荷の緊急遮断などによってボイラ内の蒸気圧が一定限度を超えた時、自動的に蒸気を大気に放出し、内部圧力を低下させて設備の破損を防止するのは安全弁である。
(d)適切。
(e)適切。
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問4 次の文章は,原子燃料に関する記述である。
核分裂は様々な原子核で起こるが,ウラン235などのように核分裂を起こし,連鎖反応を持続できる物質を (ア) といい,ウラン238のように中性子を吸収して (ア) になる物質を (イ) という。天然ウラン中に含まれるウラン235は約 (ウ) %で,残りは核分裂を起こしにくいウラン238である。ここで,ウラン235の濃度が天然ウランの濃度を超えるものは,濃縮ウランと呼ばれており,濃縮度3%から5%程度の (エ) は原子炉の核燃料として使用される。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
核分裂は様々な原子核で起こるが,ウラン235などのように核分裂を起こし,連鎖反応を持続できる物質を 核分裂性物質 といい,ウラン238のように中性子を吸収して 核分裂性物質 になる物質を 親物質 という。天然ウラン中に含まれるウラン235は約 0.7 %で,残りは核分裂を起こしにくいウラン238である。ここで,ウラン235の濃度が天然ウランの濃度を超えるものは,濃縮ウランと呼ばれており,濃縮度3%から5%程度の 低濃縮ウラン は原子炉の核燃料として使用される。
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問題文正答率:50.00%
問5 次の文章は,太陽光発電に関する記述である。
太陽光発電は,太陽電池の光電効果を利用して太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。地球に降り注ぐ太陽光エネルギーは,1\(m^2\)当たり1秒間に約 (ア) kJに相当する。太陽電池の基本単位はセルと呼ばれ, (イ) V程度の直流電圧が発生するため,これを直列に接続して電圧を高めている。太陽電池を系統に接続する際は, (ウ) により交流の電力に変換する。
一部の地域では太陽光発電の普及によって (エ) に電力の余剰が発生しており,余剰電力は揚水発電の揚水に使われているほか,大容量蓄電池への電力貯蔵に活用されている。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
太陽光発電は,太陽電池の光電効果を利用して太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する。地球に降り注ぐ太陽光エネルギーは,1\(m^2\)当たり1秒間に約 1 kJに相当する。太陽電池の基本単位はセルと呼ばれ, 1 V程度の直流電圧が発生するため,これを直列に接続して電圧を高めている。太陽電池を系統に接続する際は, パワーコンディショナ により交流の電力に変換する。
一部の地域では太陽光発電の普及によって 日中 に電力の余剰が発生しており,余剰電力は揚水発電の揚水に使われているほか,大容量蓄電池への電力貯蔵に活用されている。
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問6 架空送電線路に関連する設備に関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
(1)誤。電線に一様な微風が吹いて生じるのは微風振動であり、電線で最も起きやすい振動である。サブスパン振動は、多導体固有の振動現象であり、電線のサブスパン内で生じる。電線の背後に生じる空気の渦による上下の交番力と、サブスパン内の電線の固有振動数とが共振して発生するものである。
(2)正。
(3)正。
(4)正。
(5)正。
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問題文正答率:50.00%
問7 真空遮断器に関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから 一つ選べ。
解説・コメント
(1)正。
(2)正。
(3)正。
(4)正。
(5)誤。真空遮断器の真空バルブは密閉構造であり、動作時の騒音は小さい。
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問題文正答率:50.00%
問8 定格容量20MV•A, 一次側定格電圧77 kV,二次側定格電圧6.6 kV,百分率インピーダンス10.6%(基準容量20 MV・A)の三相変圧器がある。三相変圧器の一 次側は77kVの電源に接続され,二次側は負荷のみが接続されている。三相変圧器の一次側から見た電源の百分率インピーダンスは,1.1%(基準容量20MV•A)である。抵抗分及びその他の定数は無視する。三相変圧器の二次側に設置する遮断器の定格遮断電流の値[kA]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
電源側と三相変圧器の百分率インピーダンスはどちらも20MV・Aで与えられているので、
基準容量も20MV・Aにする。
短絡点から電源側を見た時、合成百分率インピーダンス %Z=11.7 [%]短絡点（変圧器二次側）の電圧は6.6 kVなので、
I\(_n\)=20×10\(^6\)/√3×6.6×10\(^3\) ≒1750 [A]したがって、短絡電流I\(_s\)=100/%Z ×I\(_n\) ≒15.0 kA
遮断器は三相短絡電流よりも大きい定格遮断電流のものを選定しなければならないので、答えは直近上位の20.0 kA。
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問題文正答率:50.00%
問9 次の文章は,避雷器に関する記述である。
避雷器は,雷又は回路の開閉などに起因する過電圧の (ア) がある値を超えた場合,放電により過電圧を抑制して,電気施設の絶縁を保護する装置である。特性要素としては (イ) が広く用いられ,その (ウ) の抵抗特性により,過電圧に伴う電流のみを大地に放電させ,放電後は (エ) を遮断することができる。発変電所用避雷器では, (イ) の優れた電圧一電流特性を利用し,放電耐量が大きく,放電遅れのない (オ) 避雷器が主に使用されている。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
避雷器は,雷又は回路の開閉などに起因する過電圧の 波高値 がある値を超えた場合,放電により過電圧を抑制して,電気施設の絶縁を保護する装置である。特性要素としては ZnO が広く用いられ,その 非線形 の抵抗特性により,過電圧に伴う電流のみを大地に放電させ,放電後は 続流 を遮断することができる。発変電所用避雷器では, ZnO の優れた電圧一電流特性を利用し,放電耐量が大きく,放電遅れのない ギャップレス 避雷器が主に使用されている。
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問題文正答率:50.00%
問10 次の文章は,架空送電線路に関する記述である。
架空送電線路の線路定数には,抵抗,作用インダクタンス,作用静電容量, (ア) コンダクタンスがある。線路定数のうち,抵抗値は,表皮効果により (イ) のほうが増加する。また,作用インダクタンスと作用静電容量は,線間距離Dと電線半径rの比D/rに影響される。D/rの値が大きくなれば,作用静電容量の値は (ウ) なる。
作用静電容量を無視できない中距離送電線路では,作用静電容量によるアドミタンスを1か所又は2か所にまとめる (エ) 定数回路が近似計算に用いられる。このとき,送電端側と受電端側の2か所にアドミタンスをまとめる回路を (オ) 形回路という。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
架空送電線路の線路定数には,抵抗,作用インダクタンス,作用静電容量, 漏れ コンダクタンスがある。線路定数のうち,抵抗値は,表皮効果により 交流 のほうが増加する。また,作用インダクタンスと作用静電容量は,線間距離Dと電線半径rの比D/rに影響される。D/rの値が大きくなれば,作用静電容量の値は 小さく なる。
作用静電容量を無視できない中距離送電線路では,作用静電容量によるアドミタンスを1か所又は2か所にまとめる 集中 定数回路が近似計算に用いられる。このとき,送電端側と受電端側の2か所にアドミタンスをまとめる回路を π 形回路という。
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問題文正答率:50.00%
問11 我が国における架空送電線路と比較した地中送電線路の特徴に関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
(1)正。
(2)正。
(3)正。
(4)正。
(5)誤。架空送電線路の主な事故原因は雷によるフラッシュオーバーなので、事故箇所を遮断すればほとんどの場合、絶縁は回復する。一方で、地中送電線路では絶縁体に事故が発生すると、その部分の絶縁能力は失われ、取り替えるまでは壊れたままである。
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問題文正答率:50.00%
問12 高圧架空配電線路を構成する機材とその特徴に関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
(1)正。
(2)正。
(3)正。
(4)正。
(5)誤。高圧カットアウトは、変圧器の一次側に設置して、変圧器の開閉動作や過負荷保護用として使用される。磁器製の箱と蓋で構成されている箱型と、円筒状がある。
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問題文正答率:50.00%
問13 次の文章は,スポットネットワーク方式に関する記述である。
スポットネットワーク方式は,22kV又は33kVの特別高圧地中配電系統から2回線以上で受電する方式の一つであり,負荷密度が極めて高い都心部の高層ビルや大規模工場などの大ロ需要家の受電設備に適用される信頼度の高い方式である。
スポットネットワーク方式の一般的な受電系統構成を特別高圧地中配電系統側から順に並べると, (ア) • (イ) • (ウ) • (エ) • (オ) となる。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。(7)
解説・コメント
電源系統側から順に構成機器を並べると、
断路器、ネットワーク変圧器、プロダクトヒューズ、プロテクタ遮断器、ネットワーク母線となる。
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問題文正答率:50.00%
問14 我が国のコンデンサ,電カケーブル,変圧器などの電力用設備に使用される絶縁油に関する記述として,誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
(1)誤。誘電正接は、誘電体内での損失の程度を表す数値であり、その定義からtanδと呼ばれる。変圧器、電力ケーブル、コンデンサのいずれ使用する場合も、絶縁油の誘電正接は小さい方が損失は小さい。
(2)正。
(3)正。
(4)正。
(5)正。
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問題文正答率:50.00%
問15 ある河川のある地点に貯水池を有する水力発電所を設ける場合の発電計画について,次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a)流域面積を15000 \(km^2\),年間降水量750mm,流出係数0.7とし,年間の平均流量の値[\(m^3\)/s]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
(b)この水力発電所の最大使用水量を小問(a)で求めた流量とし,有効落差 100 m,水車と発電機の総合効率を80 %,発電所の年間の設備利用率を60 %としたとき,この発電所の年間発電電力量の値[kW・h]に最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
（a）
流域面積をA[\(km^2\)]、年間降水量をh[mm]、流出係数をkとすると、
年平均流量Q[\(m^3\)/s] = h×A×10\(^3\)/ 365×24時間×60分×60秒 ×k ≒ 250 [\(m^3\)/s]（b）
発電機の最大出力P [kW]=9.8×Q×H×効率
P=9.8×250×100×0.8 = 196000 [kW]発電機の年間設備利用率α[%]=年間発電電力量/P×365日×24時間 ×100
年間発電電力量=196000×365×24×60/100 ≒1,000,000,000 [kW・h]https://ja.mondder.com/fq?id=1725🔗
問題文正答率:50.00%
問16 こう長25 kmの三相3線式2回線送電線路に,受電端電圧が22 kV,遅れ力率0.9の三相平衡負荷5000kWが接続されている。次の(a)及び(b)の問に答えよ。ただし,送電線は2回線運用しており,与えられた条件以外は無視するものとする。
(a)送電線1線当たりの電流の値[A]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,送電線は単導体方式とする。
(b)送電損失を三相平衡負荷に対し5 %以下にするための送電線1線の最小断面積の値[\(mm^2\)]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,使用電線は,断面積1\(mm^2\),長さ1m当たりの抵抗を\(\frac{1}{35}\)Ωとする。
解説・コメント
（a）
線電流I=P/√3 ×V×cosθ ≒72.9 [A]送電線は単導体なので、送電線1線あたりの電流の値は、72.9 [A]（b）
送電損失が負荷の5%（上限）に対して、送電線の本数が2回線で6本なので、電線1本あたりの送電損失Pは、
P=5000×0.05/6 ≒41.67 [kW]ここで、送電損失を発生させる電線の抵抗Rを求める。
R=P/I\(^2\) ≒7.841 [Ω]電線の抵抗率をρ[Ω・mm\(^2\)/m]とすると、
R=ρL/S この式を変形して、S=ρL/R ≒91.1 [\(mm^2\)]したがって答えは直近上位の92\(mm^2\)となる。
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問題文正答率:50.00%
問17 図のような系統構成の三相3線式配電線路があり,開閉器Sは開いた状態にある。各配電線のB点,C点,D点には図のとおり負荷が接続されており,各点の負荷電流はB点40 A, C点30A, D点60 A一定とし,各負荷の力率は100 %とする。
各区間のこう長はA-B間1.5km, B-S(開閉器)間1.0km, S (開閉器)-C間0.5 km, C-D 間 L5km, D-A 間 2.0km である。
ただし,電線1線当たりの抵抗は0.2 Ω/kmとし,リアクタンスは無視するものとして,次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a)電源A点から見たC点の電圧降下の値[V]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。ただし,電圧は相間電圧とする。
(b)開閉器Sを投入した場合,開閉器Sを流れる電流iの値[A]として,最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
解説・コメント
（a）
A-D間：2.0 [km]×0.2[Ω/km] =0.4[Ω]D-C間：1.5 [km]×0.2[Ω/km] =0.3[Ω]また、A-D間にはD点とC点の負荷電流の和が流れる。
三相の電圧低下V\(_d\)=√3I(Rcosθ+Xsinθ)
ただし、題意からエア区タンスは無視し、力率が100％なので、sinθ=0
V\(_AD\)=√3×90×0.4≒62.35[V]V\(_DC\)=√3×30×0.3≒15.59[V]したがって、V\(_AC\)=V\(_AD\)+V\(_DC\) ≒77.9 [V]（b）
A-B間：1.5 [km]×0.2[Ω/km] =0.3[Ω]B-S間：1.0 [km]×0.2[Ω/km] =0.2[Ω]S-C間：0.5 [km]×0.2[Ω/km] =0.1[Ω]開閉器Sを流れる電流をi [A]とすると、A点からB点へ流れる電流はi＋40[A]となり、
同様にC点からD点はi-30、D点からA点はi-90となる。
次に電圧降下を考える。
V\(_AB\)=√3×（i+40）×0.3 [V]V\(_BC\)=√3×i×0.3 [V]V\(_AB\)=√3×（i-30）×0.3 [V]V\(_AB\)=√3×（I-90）×0.4 [V]これらすべての電圧降下の合計はゼロになる。
これにより、1.3i = 33 → i≒25.4 [A}
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解説・コメント
(1)正。
(2)正。
(3)誤。入口弁の直前で発生した水撃作用は圧力波として上流に伝わる。この圧力を開放するために設置するのが、サージタンクである。
(4)正。
(5)正。